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基于EGR路线实现低速船机TierⅢ排放的数值模拟研究
| 论文题名： | 基于EGR路线实现低速船机TierⅢ排放的数值模拟研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;EGR技术;湿式燃烧;排放控制;数值模拟;喷油策略 |
| 摘要： | 日趋严格的排放法规对船用柴油机技术提出了越来越高的要求，在降低NOx排放的同时提高燃油经济性是船用柴油机燃烧技术所面临的难题与挑战。以EGR为主线的缸内燃烧优化是实现船用柴油机高效清洁燃烧的关键技术之一。本文采用数值模拟的研究方法，系统开展了基于EGR技术路线的低速二冲程船用柴油机满足Tier Ⅲ排放法规技术方案的研究。 本文首先建立了船机三维模型，系统研究了进气组分的稀释效应和热效应对船机性能及排放的影响，在此基础上进一步研究了废气再循环、进气加湿耦合喷油策略改善低速二冲程船机NOx-ISFC（指示比油耗）折衷关系的潜力。研究表明，EGR的稀释效应和热效应是降低缸内燃烧温度的主要原因，但稀释效应使得氧浓度降低，从而使得燃烧速率降低，燃烧持续期加长，导致油耗恶化；进气加湿引入量小，因而稀释效应的作用较小，大比例加湿的热效应作用较强，是降低缸内燃烧温度的主要原因，而少量的进气加湿对缸内燃烧过程和油耗影响较小。结果表明，EGR率为30％，进气加湿质量与喷油质量的比值为1.5，喷油时刻为上止点后1°CA，可在略微牺牲经济性的前提下，将 NOx降低90.5%，满足Tier Ⅲ排放法规的要求。 在此基础上，进一步研究了采用排气门晚关策略实现米勒循环，结合高几何压缩比，同时耦合 EGR和乳化油对船用柴油机性能和排放的影响。研究结果表明，采用推迟排气阀关闭时刻的米勒循环策略，可以降低缸内燃烧温度，在降低 NOx排放的同时改善油耗；高几何压缩比可显著改善油耗，这也为 EGR和WEF策略的使用提供了空间，是解决 NOx-ISFC折衷关系的关键技术措施。排气阀关闭时刻推迟20°CA、高几何压缩比为21.2，耦合20% EGR和40%W/F可以降低81%的 NOx排放，在不牺牲油耗的前提下满足 Tier Ⅲ排放法规。 本文设计了两条满足 Tier Ⅲ排放法规的技术方案，以EGR为主线，结合其他技术措施，降低 EGR的使用比例，也解决了 NOx-ISFC的折衷关系，为满足日趋严格的船舶排放法规提供技术支持。 |
| 作者： | 张慧祥 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 刘海峰;林铁坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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